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2023 年度 実績報告書

部分ダイナミクスの再利用を行う運動学習モデルの筋シナジー再構成への拡張

公募研究

研究領域身体-脳の機能不全を克服する潜在的適応力のシステム論的理解
研究課題/領域番号 22H04773
研究機関静岡大学

研究代表者

小林 祐一  静岡大学, 工学部, 准教授 (60373304)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードフィードフォワード制御 / 状態非依存型強化学習 / 筋シナジー
研究実績の概要

人間には,身体・脳の機能不全に際して,過去に獲得した神経回路を再利用して機能を適応的に回復させる能力があり,その適応過程(超適応)の理解が求められている.このような,運動制御に関する情報の再利用をともなう適応過程を説明可能な運動学習モデルを開発することが人の運動学習過程の理解とリハビリへの応用の両面から求められる.本研究では,フィードバック型の制御とフィードフォワード型の制御の両方の要素も含み,徐々にフィードフォワード型の制御へと移行する形で筋シナジーに相当する情報を獲得する運動学習モデルを提案する.これにより,筋骨格系における筋シナジーの再利用過程を表現できる運動学習モデルを提案する.2023年度は,トルク駆動を行う2自由度の上肢モデルおよび,2関節6筋肉からなる筋骨格モデルの二種類のモデルにおいて,漸進的なフィードフォワード型の制御の獲得モデルを提案し,筋シナジーの獲得過程を検証した.フィードフォワード型の時系列制御信号を生成するモデルとして,状態非依存型の強化学習をベースとしたフィードバック制御からフィードフォワード制御の漸進的な獲得モデルを構築し,その運動学習能力を検証した.トルク制御型の上肢モデルにおいては,繰り返し運動を行う過程で,学習対象区間を漸進的に変更しながら長い時系列の運動を獲得させるモデルを提案し,学習能力・効率を向上させられることを確認した.2関節6筋肉モデルにおいては,筋シナジーに相当する筋活動の時系列信号を生成できることを確認した.
また,運動制御情報の再利用モデルについて,これまで提案した再利用のための変換モデルをさらに発展させ,「単純な変換を発見する」という最適化原理を用いた変換推定方法が運動知識の再利用において頑健に機能することが確認された.

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Gradual Acquisition of Feed-Forward Control in Repetitive Motions by State-Independent Reinforcement Learning2024

    • 著者名/発表者名
      Haruki Mamiya and Yuichi Kobayashi
    • 学会等名
      2024 IEEE International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM)
    • 国際学会
  • [学会発表] 繰り返し動作におけるフィードフォワード制御の漸進的な獲得と上肢運動制御への適用2024

    • 著者名/発表者名
      和田泉,間宮陽希,小林祐一
    • 学会等名
      第36回自律分散システム・シンポジウム
  • [学会発表] Proposal of Motor Learning Model toward Explainability of Adaptability in Multiple Levels2023

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Kobayashi
    • 学会等名
      34th 2023 International Symposium on Micro-NanoMechatronics and Human Science
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] 過去に獲得した運動スキルの再利用を説明できる運動学習モデルの開発(静岡大学 小林祐一HP)

    • URL

      https://sensor.eng.shizuoka.ac.jp/~koba/previous_research/research_j.html#hyperadapt

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公開日: 2024-12-25  

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